不同胡麻資源苗期耐鹽性評價及鑒定指標篩選

張艷萍，葉春雷，趙 瑛，張運暉，張敏敏，趙 瑋

（1.甘肅省農業科學院生物技術研究所，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院作物研究所，甘肅蘭州 730070）

土壤鹽漬化會使土壤板結，導致肥力降低，從而影響農作物的生長［1］。我國目前鹽堿地面積約占耕地的10%左右［2］，近年來鹽堿化和次生鹽堿化的土壤面積還在不斷增加［3］，因此開發改良和高效利用鹽漬土地已經成為學者研究的熱點之一［4］。胡麻（Linure usitatissmum）是我國重要的特色油料作物之一［5-9］，但胡麻產業的發展面臨著干旱與鹽漬脅迫的雙重挑戰。實踐證明，耐鹽品種的選育和種植是開發利用鹽堿地的有效途徑之一［10］，研究和分析鹽脅迫對胡麻生長的影響，篩選出胡麻耐鹽指標和培育耐鹽堿的優良種質資源，將對胡麻產業的高效持續發展具有重要意義。

植物種子萌發期和幼苗期是決定其能否在鹽漬脅迫下生存的關鍵時期［11］。胡麻萌發期耐鹽性綜合評價和鑒定指標篩選在前期我們已做了研究和報道［12］，郭瑞等［13］研究了在中性鹽和堿性鹽脅迫下對亞麻的光合作用以及離子平衡等的影響，李文婷等［14］開展了亞麻幼苗鹽脅迫下的生理生化特性研究。已有的研究針對纖用亞麻的較多，關于油用亞麻在幼苗時期耐鹽性的綜合評價以及鑒定指標篩選還未有系統的研究。我們從前期進行的萌發期耐鹽性篩選的研究材料中選擇了不同耐鹽性的10 份胡麻資源，對其苗期的10 個指標開展了主成分分析、聚類分析和回歸分析，綜合評價了不同胡麻材料苗期耐鹽能力，對比分析了10份胡麻資源萌發期和苗期的耐鹽性的統一性，同時篩選出了苗期耐鹽指標，以期為今后胡麻耐鹽育種和栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

根據前期進行的胡麻萌發期耐鹽性篩選試驗中的表現，從不同胡麻表現類群中選取胡麻資源10 份，其中STS 引自加拿大，輪選1 號、輪選3號由內蒙古農牧業科學研究院選育并提供，伊亞4號由新疆伊犁州農業科學研究所選育并提供，定亞5 號由甘肅定西市農業科學院選育并提供，R40、R24、DYMS、R196、隴亞10 號由甘肅省農業科學院作物研究所提供。

1.2 試驗方法

試驗于2019 年9 月在溫度為25 ℃、濕度為60%、光照為15 000 lx、16 h 光照/8 h 黑暗的人工氣候室進行。選用32 孔穴育苗盤（上口徑58 mm、下口徑20 mm、深度110 mm）育苗，各參試材料均選取飽滿的種子播種于裝滿新鮮蛭石的穴盤中，每穴播20 粒。

采用單鹽（NaCl）脅迫濃度篩選預實驗，以確定適宜的單鹽脅迫濃度。預實驗選用隴亞10 號和定亞5 號為指示品種，NaCl 溶液濃度設置為0（CK）、50、100、150、200、250、300、350、400 mmol/L，測定存活率、株高、總鮮重、總干重和根干重，根據各指標狀況（見表1），確定適宜的脅迫濃度為300 mmol/L。

待幼苗長至8～10 片真葉時每穴定苗15 株，開始脅迫處理。每品種對照與脅迫處理各栽植8穴。做好標記后置于氣候室進行培養。對照每穴澆灌50 mL Hoagland 營養液，處理每穴澆灌50 mL用Hoagland 營養液配制的300 mmol/L 鹽脅迫溶液，每隔4 d 澆灌1 次，培養15 d 后測定存活率、株高、總鮮重、總干重和根干重等指標。

用直尺測量株高，用千分之一電子天平測量地下干重和地上干重。采用乙醇提取法測定葉綠素含量，采用茚三酮試劑顯色法測定脯氨酸含量，采用氮藍四唑法測定SOD 酶活性，采用愈創木酚法測定POD 酶活性，采用硫代巴比妥酸法測定丙二醛含量［15］。

存活率=（脅迫結束后成活株苗數/脅迫開始時株苗數）×100%

生長速率=［（脅迫結束時株高-脅迫開始前株高）/15 d］×100%

相對值=脅迫下的各指標測定值/對照的各指標測定值

1.3 數據處理

數據的基本處理采用Microsoft Excel 2007 軟件，數據方差分析、相關性分析、因子和主成分分析、聚類分析以及回歸分析采用SPSS 22.0 軟件。

2 結果與分析

2.1 胡麻苗期鹽脅迫濃度的確定

從表1 可以看出，隴亞10 號和定亞5 號苗期經不同濃度的鹽溶液脅迫處理后，在50 mmol/L 處理下，除相對存活率外，其余指標均較CK 有所上升。從鹽濃度100 mmol/L 開始，除相對存活率之外，其余各指標均較CK 隨著鹽脅迫濃度的增大而減小。鹽脅迫濃度為350 mmol/L 時，2 個品種的相對成活率均為0；鹽濃度為250 mmol/L 時，2 個品種的各指標較對照降低30%～50%。鹽脅迫濃度為300 mmol/L 時，2 個胡麻品種的多數指標較對照降低50%～60%，僅有相對根干重降低到70%以上。需要考核的10 個指標在這一濃度下都能夠進行檢測，故選擇300 mmol/L 作為本試驗的處理濃度。

表1 NaCl 脅迫濃度篩選預實驗結果

2.2 不同胡麻品種（系）苗期鹽脅迫下各指標變化

10 個胡麻品種（系）苗期的10 個指標在鹽脅迫下均有不同程度的變化，其中5 個生長指標均表現為不同程度的降低，5 個生理指標除葉綠素外均有不同程度的增長（表2、表3）。根據鹽脅迫前后各指標均值變化的幅度看，生長指標中變化較大的是存活率、地下部干重、生長速率，較CK 分別降低了45.39%、42.86%、46.60%（P＜0.01）；生理指標中變化較大的是脯氨酸，較CK 增長了336.64%（P＜0.01）。其次，生長指標中株高和地上部干重較CK 分別降低了27.33%、20.69%（P ＜0.01）；生理指標中，過氧化物酶較CK 增長了30.06%（P＜0.01），丙二醛和超氧化物歧化酶較CK有所增長但差異不顯著，葉綠素較CK 有降低但差異不顯著。從變異系數看，鹽脅迫之后均較CK 有不同程度的增加，說明各指標對鹽脅迫都有不同程度的敏感性，其中存活率對該濃度的鹽脅迫表現最為敏感，較CK 的變異系數增加63.64 百分點；其次是株高、地下部干重、生長速率、脯氨酸和過氧化物酶表現敏感，較CK 的變異系數分別增加23.20、19.03、18.52、24.97、15.17 百分點。

表2 鹽脅迫下各指標的最大值和最小值

表3 鹽脅迫下各指標的變化

2.3 各指標間的相關性

從胡麻苗期10 個指標相對值間的相關性分析結果（表4）可以看出，超氧化物歧化酶除與存活率、脯氨酸和葉綠素等指標之間無相關性外，其余指標之間均存在顯著或極顯著的正相關。其中存活率與脯氨酸、葉綠素的相關系數分別達到0.901**、0.909**，株高與地下部干重、地上部干重、生長速率、丙二醛和葉綠的相關系數達到0.938**、0.995**、0.972**、0.916** 和0.905**，地下部干重與地上部干重、生長速率、丙二醛、脯氨酸和葉綠素的相關性達到0.923**、0.967**、0.902**、0.966** 和0.973**，地上部干重與生長速率、丙二醛的相關性達到0.965**、0.941**，生長速率與丙二醛、脯氨酸和葉綠素的相關性達到0.921**、0.929** 和0.963**，脯氨酸和葉綠色的相關性達到0.968**。

表4 各指標相對值的相關系數①

2.4 因子分析

用SPSS 22.0 軟件對胡麻苗期鹽脅迫下的10個指標的相對值進行因子分析，根據分析方法中的2 條重要原則［15］，10 個指標轉換成了2 個主成分綜合指標（表5）。第一主成分的貢獻率為85.122%，第二主成分的貢獻率為8.638%，涵蓋了原10 個指標93.760%的信息量。分析表6 數據，第一主成分在存活率、地下部干重、地上部干重、生長速率等指標上具有較高的載荷量，以胡麻苗期生長的情況為主，可稱為生長因子；第二主成分在超氧化物歧化酶、脯氨酸、葉綠素、丙二醛等指標上具有較高的載荷量，以胡麻苗期植株體內生理變化的情況為主，可稱為生理因子。

表5 主成分的特征值以及貢獻率

表6 各因子載荷矩陣

2.5 耐鹽性綜合評價

對各因子經過分析，獲得2 個主成分的特征向量矩陣（表7），從而獲得主成分的得分公式，如下：

表7 特征向量矩陣

式中的X 為因子分析中的各原始變量標準化后相對應的變量，X1為相對存活率，X2為相對株高，X3為相對地下部干重，X4為相對地上部干重，X5為相對生長速率，X6為相對丙二醛，X7為相對脯氨酸，X8為相對葉綠素，X9為相對超氧化物歧化酶，X10為相對過氧化物酶。根據2 個主成分的特征值以及Z1、Z2的值，可得各胡麻資源苗期耐鹽綜合得分公式：Z=8.512 Z1+0.864Z2。依據耐鹽綜合得分公式，可計算出各胡麻資源苗期的耐鹽綜合Z 值，進而對10 份胡麻資源苗期的耐鹽性進行排序（表8）。

表8 耐鹽性排序

經過聚類分析（圖1），在歐式距離為5 時可將10 份胡麻材料聚成4 類。第一類4 份，分別為輪選1 號、DYMS、R40 和隴亞10 號，Z 值介于9～24。其中輪選1 號和DYMS 的Z 值在20 以上，分別為23.50、20.62，屬于相對耐鹽材料；R40 和隴亞10 號的Z 值20 以下，分別為14.12、9.60，屬于相對較耐鹽材料。第二類4 份，Z 值在-2 和3之間，分別為定亞5 號、R196、輪選3 號、STS，屬于相對中等耐鹽材料。第三類1 份，為R24，Z值為-9.15，屬于相對鹽敏感類型。第四類1 份，為伊亞4 號，Z 值為-64.07，屬于相對高度鹽敏感類型。

圖1 系統聚類分析［使用平均聯接（組間）的譜系圖］

2.6 回歸分析

以耐鹽綜合Z 值作為因變量，各指標的相對值作為自變量進行逐步回歸分析，獲得多元線性逐步回歸方程：Z=-62.707+87.641X5+19.468X10（R2=0.982）。式中X5、X10分別代表相對生長速率和相對過氧化物酶。回歸模型經回歸系數測驗和決定系數驗證，均達到極顯著水平，表明在鹽脅迫下，胡麻苗期的生長速率和過氧化氫酶活性等指標可作為其耐鹽能力鑒定的關鍵指標。

3 結論與討論

已有研究表明，作物在受到鹽堿脅迫時，會通過改變其生長形態和調控生理生化的響應機制來應對［16－17］。但作物耐鹽堿特性是受多因子影響的復雜性狀［18］，僅選用單項指標來衡量是不夠科學和準確，因此我們選擇5 個生長指標和5 個生理生化指標進行研究，其中5 個生長指標均受到極顯著的抑制影響，而生理生化指標的丙二醛、脯氨酸、SOD 酶和POD 酶都有上升，葉綠素有所下降。丙二醛的上升說明鹽脅迫已經造成植物細胞膜的損傷［19］，脯氨酸的極顯著上升說明其已經成為保護植物的主要滲透調節物質，保護了大分子物質，清除自由基［20］；SOD 和POD 等活性氧酶的增加同樣是緩解植物氧化傷害［21］；鹽脅迫下植物細胞吸收了過量鹽分，體內的葉綠素合成就會受到抑制，故而含量下降。各指標相互作用，協同保護植物，以達到應對鹽害的目的。

本研究采用近年來得到廣泛認可的綜合評價方法抗逆系數法、主成分分析法。該方法許多作物的鑒定上都得到了理想的結果，如在高粱耐鹽性［22］、綠豆耐堿性［23］、胡麻抗旱性［24］、谷子抗逆性［4］。在胡麻萌發期耐鹽性綜合評價中也得到了較準確的驗證［12］。我們通過因子分析以及回歸分析，在10 個指標中最終確定出生長速率和過氧化氫酶活性作為胡麻苗期耐鹽性室內快速鑒定的關鍵指標，進行預測值的耐鹽性排序驗證（僅6、7、8 之間排序有的互換）和與耐鹽綜合Z 值的相關性驗證（R2=0.982 2**），表明篩選出的2 個指標對胡麻苗期耐鹽性的預測具有較高的準確性。

植物的抗逆性會隨著不同的生育期出現差異［25］，而且植物在逆境中的定植不但取決于萌發條件，幼苗時期的抗逆性也很關鍵［26］。趙瑋等［12］在對胡麻萌發期和苗期耐鹽性研究中發現，萌發期篩選濃度為100 mmol/L、苗期篩選濃度為300 mmol/L 時，苗期能夠耐受的鹽濃度明顯高于萌發期。有研究曾證實，作物萌發期的耐鹽性與植株生長后期的耐鹽性一致，如高粱［27］、玉米［28］、粟米［29］，但也有研究表明萌發期的耐鹽性與植株生長后期的耐鹽性無關聯，比如小麥和水稻等［30］。于是我們從胡麻萌發期耐鹽性鑒定中評價為強、中、弱耐鹽性的材料中抽取了10 份材料繼續進行苗期耐鹽性鑒定評價，探究胡麻萌發期和苗期耐鹽性的關系。發現萌發期表現較強耐鹽性的輪選1號、R40 和DYMS 在苗期鑒定出依舊有較強的耐鹽性；萌發期表現中等偏耐鹽性的隴亞10 號和伊亞4 號在苗期鑒定出隴亞10 號表現為較強耐鹽性，伊亞4 號卻表現為高度鹽敏感性；萌發期表現中等偏鹽敏感性的R196 和輪選3 號在苗期鑒定出中等耐鹽性；萌發期表現鹽敏感性的STS 和R 24 在苗期鑒定出STS 表現為中等耐鹽性，R24 仍表現為鹽敏感性；萌發期表現高度鹽敏感性的定亞5 號在苗期鑒定表現出中等耐鹽性的特性。綜上所述，胡麻萌發期的耐鹽性與苗期的耐鹽性具有不完全的一致性，各個生育期的耐鹽性有待進一步研究。